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1、2-2 齿轮泵和齿轮马达,齿轮泵：结构简单，价格低廉，体积小，重量轻，自吸性能好，对油液污染不敏感，工作可靠；其主要缺点是流量和压力脉动大，噪声大，排量不可调。 齿轮泵被广泛地应用于采矿设备，冶金设备，建筑机械，工程机械，农林机械等各个行业。 齿轮泵按照其啮合形式的不同，有外啮合和内啮合两种，其中外啮合齿轮泵应用较广，而内啮合齿轮泵则多为辅助泵。,2,2-2 齿轮泵和齿轮马达,一、齿轮泵工作原理,主要组成： 齿轮1对（主、从）、壳体、端盖、传动轴； 工作原理： ？哪一边是吸、排油腔？ 工作容积： 齿谷、壳体和端盖围成； 职能符号：,2-2 齿轮泵和齿轮马达,2-2 齿轮泵和齿轮马达,二、齿轮泵
2、的流量计算 流/排量是泵的主要参数,（一）理论流量 假设：两个等径的标准齿轮、不计任何损失、 、 排量 = 两个齿轮的齿谷容积之和 = 一个齿轮的环形容积 （参见图2-4）,当Z=712时， 齿轮尺寸不同时，以主动轮为准； 三个齿轮时流量提高一倍。,2-2 齿轮泵和齿轮马达,问题引出以上是平均流量计算，实际流量有脉动，欲提高品质 - 研究瞬时流量/流量脉动,（二）瞬时流量及流量脉动 压油腔容积呈周期变化流量脉动压力脉动影响工作平稳性 分析思路 能量守恒 Q 参见图2-5（元件，北航），液体压力对轮1的瞬时阻力矩为,啮合点C沿啮合线运动，见图2-6，由余弦定理得,2019/11/11,6,2-2
3、 齿轮泵和齿轮马达,问题引出以上是平均流量计算，实际流量有脉动，欲提高品质 - 研究瞬时流量/流量脉动,（二）瞬时流量及流量脉动 压油腔容积呈周期变化流量脉动压力脉动影响工作平稳性 分析思路 能量守恒 Q 参见图2-5（元件，北航），液体压力对轮1的瞬时阻力矩为,啮合点C沿啮合线运动，见图2-6，由余弦定理得,2019/11/11,7,2-2 齿轮泵和齿轮马达,所以有,同理有,驱动力矩为,由能量守恒,所以有,是x的函数,当C与K重合（x=0）时，有,当C远离K（x=L/2）时，有,L是啮合线长度，,2019/11/11,8,2-2 齿轮泵和齿轮马达,图2-7为齿轮泵的瞬时流量图。,流量脉动率,
4、亦即,所以，有限增加齿数或加大压力角可以减少脉动率,流量脉动的危害：诱发共振,解决方法：改变结构参数、改变结构、加蓄能器,2019/11/11,9,2-2 齿轮泵和齿轮马达,三、齿轮泵的实际流量及其影响因素 （一）齿轮泵的实际流量,所以齿轮泵的实际流量,容积效率 泄漏损失 充填损失,齿轮泵的容积效率一般为： 0.70.95,2019/11/11,10,2-2 齿轮泵和齿轮马达,（二）影响流量因素的分析 （上述各项均为影响因素）,1.泄漏损失和充填损失,泄漏损失,充填损失,径向间隙-路径长、阻力大、有逆向运动,端面间隙-路径短而宽 大（75%80%）,吸油不足-转速高、吸油压力低气穴,无效容积-
5、齿谷中未排除的容积、气体所占体积,2.转速,转速上限受到许用齿顶圆切向速度的限制，与液体黏度有关,参见表2-1,2019/11/11,11,2-2 齿轮泵和齿轮马达,3.齿数,Z ,由 知,d( m 不变时） 尺寸重量,而以 代入实际流量公式，则有,Z , （d 不变）,m ( d不变） 强度,Z过小有根切，需修正；若变位齿顶变尖,2019/11/11,12,2-2 齿轮泵和齿轮马达,4.模数,因为 正比于m的平方、d正比于m，所以,增大m 是整体有利的,b , （d 不变）,径向力 轴承载荷,综合考虑各因素，合理选择参数,5.齿宽,加工精度增加（以保证线密封）,2019/11/11,13,2
6、-2 齿轮泵和齿轮马达,四、轮泵中的一些现象 （一）闭死现象,重叠(啮合)系数 1 封闭容积、封闭 容积体积变化 闭死（困油）现象。 解决方法：开卸荷槽,2019/11/11,14,2-2 齿轮泵和齿轮马达,卸荷槽原则：1）高低压腔不串通 2）封闭容积或与高腔相 通，或与低压腔相同,槽间距与油液闭死容 积最小位置适应,相关尺寸见图2-10及21页的计算公式；,卸荷槽特点：结构简单、加工容易、适合齿数较少、侧隙较大的情况 对于无侧隙或小侧隙 困油区分隔成两个，且在闭死总容积开始减小的初期压油腔侧的小困油区还在减小 应延长其在高压腔的时间 卸荷槽向吸油腔侧偏移 可多排一部分压力油、另一侧可能出现真
7、空，但不严重。,2019/11/11,15,2-2 齿轮泵和齿轮马达,（二）气穴现象 压力（至空气分离压）气液分离气泡； 压力（饱和蒸汽压）汽化沸腾大量气泡（气穴）； 气穴带入高压区气泡急剧破灭缩小体积压力/温度冲击 表面剥蚀损坏（气蚀）,在飞机液压系统中，判定气穴产生的标志是空气分离压,为确保不产生气穴，最低吸油压力为,=空气分离压+速度引起的真空度+吸管内局部损失+安全储备压力,2019/11/11,16,2-2 齿轮泵和齿轮马达,引出：压力增加泄漏增加效率下降 不平衡径向力增加轴承易损 结构上想办法,防止气穴/气蚀的措施（ ） 1） （负吸油高度、增压油箱、辅助增压泵）； 2） （增大吸
8、油管径、避免吸油管急转弯）； 3）避免空气的直接进入（良好的密封）； 4）齿面采用高强度材料、提高表面光洁度。,2019/11/11,17,五、外啮合齿轮泵的结构特点,（一） 提高容积效率的措施 1.轴向间隙自动补偿 浮动衬套（浮动侧板、弹性侧板）,（1）原理 动密封条件：总压紧力 平均反推力 而，总压紧力=液压压紧力+弹性压紧力 注意：压紧力不应大于反推力太多（pv 值的限制）；作用线重合（否则 倾斜、偏磨、漏损增加）,？启泵前怎样建立压紧力,2019/11/11,18,五、外啮合齿轮泵的结构特点,（2）轴向间隙补偿装置的几种结构 1）8字形浮动轴套 特点：结构简单、容易加工、力作用线不重合
9、,2019/11/11,19,五、外啮合齿轮泵的结构特点,2）偏心8字形浮动轴套 特点：力作用线重合、加工工艺较复杂,2019/11/11,20,五、外啮合齿轮泵的结构特点,3）偏心油压活塞浮动轴套 特点：力作用线重合、工艺性较好,？启泵前怎样建立压紧力,2019/11/11,21,五、外啮合齿轮泵的结构特点,4）弹性侧板（挠性侧板）式轴向间隙补偿装置 原理：压力油使侧板弹性变形，补偿轴向间隙 特点：密封结构复杂、变形不均匀磨损不均匀（已不再使用）,2. 减小径向力的结构措施偿 （1）径向力 1）斜坡-台阶状分布； 2）压油腔侧 吸油腔侧； 3）可近似为直线关系。,2019/11/11,22,
10、1）是油压力矩反作用结果，垂直于啮合面； 2）主动轮方向向上，从动轮方向向下。,（2）啮合力,（3）合成径向力,液压力 啮合力,特点：主动轮受力 从动轮受力 （？为什么？） 经验公式 K=0.75(主动轮）/0.85（从动轮）,所以，一般设计时仅考虑从动轮,引出压力提高径向力更大轴承寿命下降-考虑减小径向力,1）合理选择齿宽和齿顶圆直径 高压时：小齿宽、大直径； 低压时：大齿宽、小直径。 2）减小压油口直径 使压油腔的压力仅作用在一个齿到两个齿的范围内，减小高压作用面积; 3）扩大压油腔（沿齿顶周向） 仅保留1至2个齿封油，可部分平衡径向力 （压差的80%在接近吸油腔处）,减小径向力偏载的措施
11、：,特点： 结构简单（扩大低压区还需另加补偿结构）； 过渡区小反推力稳定端面间隙稳定； 可“扫膛”加工径向间隙可大大下降减少泄漏。,4）采用滚针轴承或滑动轴承； 5）开减载槽 即将齿槽中的高压区引向低压吸油口，齿槽的低压区引向高压的排油口；,采取减小径向力的结构措施 在开困油卸荷槽的同时，还应尽可能减小重叠系数，以减小冲击载荷。 对轴承进行充分的润滑和冷却。 采用高精度高 值的滚针轴承或提高滑动轴承材料的性能。,提高轴承寿命的措施,外啮合齿轮泵的设计要点,1 确定齿轮各参数； 2 选定工作液； 3 确定齿轮泵的转速； 4 校核排量q是否符合设计参数提出的要求； 5 动力参数计算； 6. 结构设
12、计。在结构设计时应考虑以下几个内容： 减轻径向力的结构措施； 采用三块板式结构（前盖板、泵体和后盖板）还是采用两块式结构； 齿轮做成一个整体，还是做成分离式通过键连接；,采用滚针轴承还是滑动轴承。 采用什么形式的补偿装置。 确定腔体尺寸。 轴承负荷、传动轴、主动轴的计算。 齿轮强度校核。 轴承设计计算。 泵体强度计算及连接螺栓钉的计算。,按结构分：渐开线内啮合齿轮泵、转子齿轮泵,（一）渐开线内啮合齿轮泵,特点： 1）结构紧凑、吸油性能好； 2）流量均匀性好； 3）结构复杂。加工工艺性差。,2.2.5 内啮合齿轮泵,二 转子泵,内转子1为齿轮，有6个齿。外转子2为内齿轮，有7个齿。内外转子的偏心
13、距为e。当内转子旋转时外转子同时旋转，内外转子能自动形成几个独立的密封容积，摆线泵按图示 方向旋转时，右半部分的封闭容积增大，形成局部真空,并通过配油窗口B从油箱吸油(b图)。当转子转到图c位置时,封闭容积为最大。在图d，油从A输出。,转子泵（摆线式）,特点：齿数少、结构更紧凑简单；内外速差小、配油窗口大、吸油充分； 离心力有助于吸油，适应高速；齿面磨损小、运动平稳、噪音小； 高压低速时效率低。,图中为内啮合齿轮泵实物结构,2019/11/11,34,八、齿轮马达,特点：简单、脉动大、低速时效率低,?: 齿轮马达无动力输出轴时有何用处？,练习,泵的额定流量为100L/min ，额定压力为2.5
14、MPa，当转速为1450r/min时，机械效率为m=0.9。由实验测得，当泵出口压力为零时，流量为106L/min，压力为2.5MPa时，流量为100.7L/min，求： 1、泵的容积效率； 2、如泵的转速下降到500r/min，在额定压力下工作时，估算泵的流量为多少？ 3、上述两种转速下泵的驱动功率。,解：1、出口压力为零时的流量为理论流量，即106L/min，所以泵的容积效率v=100.7/106=0.95。 2、转速为500r/min时，泵的理论流量为 = 36.55L/min，因压力仍是额定压力，故 此时泵的流量为36.550.95L/min=34.72L/min。 3、泵的驱动功率在第一种情况下为 =4.91kW， 第二种情况下为 =1.69kW,
